Учет физической нелинейности при расчете плоской железобетонной рамы с использованием вычислительного комплекса SCAD

Цель работы заключается в анализе результатов определения усилий и перемещений в плоской раме при статической нагрузке, полученных с учетом физически нелинейной работы железобетона. Проведено сравнение деформационных теорий, применяемых для композитных материалов. Осуществлен линейный расчет и исследованы результаты нелинейного автоматизированного расчета перемещений и усилий в раме, выполненного в программном комплексе SCAD Office (версия 21.1.9.7) с использованием различных вариантов деформационных теорий. Проведен автоматизированный расчет рамы в соответствии с рекомендациями СП 52-103-2007 «Железобетонные монолитные конструкции зданий», согласно которому нелинейную работу железобетонных элементов конструкций рекомендуется учитывать путем введения понижающих коэффициентов. Был выполнен сравнительный анализ результатов определения перемещений и усилий в плоской железобетонной раме, вследствие чего было установлено несоответствие значений величин усилий, полученных при расчетах по теориям физической нелинейности и по рекомендациям СП 52-103-2007. Максимальная погрешность, по сравнению с нелинейным расчетом по СП 52-103-2007, составляет 55,8%. При сравнении данных, полученных в расчетах, также было установлено несоответствие значений перемещений, полученных по рекомендациям СП 52-103-2007. Наибольшее расхождение с результатами нелинейного расчета составляет 49,4%, а с результатами линейного расчета – 69%. Таким образом, проведенное исследование выявило несогласованность результатов, полученных с использованием нормативных рекомендаций, и результатов линейного и нелинейного расчета. Разнонаправленность результатов требует дополнительных верификационных проверок при использовании нелинейного анализа в расчетах на прочность и жесткость как средства уточнения напряженно-деформированного состояния конструкции.

1. Евсеев Н.А. Учет физической нелинейности железобетонных конструкций при численных расчетах конструктивных систем // Вестник гражданских инженеров. 2017. № 5 (64). С. 66–70. https://doi.org/10.23968/1999-5571-2017-14-5-66-70

2. Залесов А.С., Мухамедиев Т.А., Чистяков Е.А. Учет физической нелинейности при расчете железобетонных монолитных конструкций высотных зданий // Строительная механика и расчет сооружений. 2005. № 1. С. 4–8.

3. Блохина Н.С. Проблема учета физической нелинейности при расчете строительных конструкций // Вестник МГСУ. 2011. № 6. С. 384–387.

4. Теплых А.В. Применение оболочечных элементов при расчетах строительных стальных конструкций в программах SCAD и Nastran с учетом геометрической и физической нелинейности // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 6. С. 49–52.

5. Теплых А.В. Применение оболочечных и объемных элементов при расчетах строительных стальных конструкций в программах SCAD и Nastran с учетом геометрической и физической нелинейности // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 3. С. 4–20. https://doi.org/10.18720/MCE.21.4

6. Перельмутер А.В., Тур В.В. Готовы ли мы перейти к нелинейному анализу при проектировании? // Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций. 2017. № 13 (3). С. 86–102.

7. Городецкий А.С., Батрак Л.Г., Городецкий Д.А., Лазнюк М.В., Юсипенко С.В. Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона. Киев: Факт, 2004. 106 с.

8. Фиалко С.Ю. Четырехузловой конечный элемент для моделирования поведения тонкостенных железобетонных конструкций // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5 (49). С. 27–36. https://doi.org/10.5862/MCE.49.3

9. Фиалко С.Ю. Применение метода конечных элементов к анализу прочности и несущей способности тонкостенных железобетонных конструкций с учетом физической нелинейности. М.: АСВ, 2018.192 с.

10. Корсун В.И., Недорезов А.В., Макаренко С.Ю. Сопоставительный анализ критериев прочности для бетонов // Современное промышленное и гражданское строительство. 2014. № 1. С. 65–78.

11. Скворцов Ю.В. Теории пластичности и ползучести. Самара: СГАУ, 2013. 85 с.

12. Тарануха Н.А., Васильев А.С. Анализ критериев предельного состояния для конструкций из композитных материалов // Учёные записки КнАГТУ. 2015. № III-1(23). С. 81–87.

13. Клованич С.Ф., Мироненко И.Н. Метод конечных элементов в механике железобетона. Одесса: ОНМУ, 2007. 110 с.

14. Fialko S.Yu., Perelmuter A.V. Inelastic analysis of reinforced concrete structures in SCAD // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. № 15 (1). P. 54–60. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2019-15-1-54-60

15. Fialko S.Yu., Karpilovskyi V.S. Triangular and quadrilateral flat shell finite elements for nonlinear analysis of thin-walled reinforced concrete structures in SCAD software // Proceedings of the 11th International Conference “Shell Structures: Theory and Applications”, (SSTA 2017), October 11–13, 2017. Gdansk, Poland, 2017. Vol. 4. P. 367–370. https://doi.org/10.1201/9781315166605-83

16. Geraymovich Y.D., Yevzerov I.D., Marchenko D.V. The new physically nonlinear finite elements in software package LIRA 10.8 // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. №15 (1). P. 61–66. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2018-15-1-61-66

17. Hagsten L.G., Rasmussen A.B., Fisker J. Strain capacity of reinforced concrete members subjected to uniaxial tension // Procedia engineering. 2017. № 172. P. 338–346. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.038

18. Tur V., Nadolski V. A first attempt to determine the partial factors according to Eurocodes for the verification of ULS of steel elements for conditions of the Republic of Belarus // Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering. 2016. №1/14. P. 44–50. https://doi.org/10.5755/j01.sace.14.1.15066

19. Рудых О.Л., Соколов Г.П., Пахомов В.Л. Введение в нелинейную строительную механику. M.: ACB, 1998. 103 с.